從日本的折紙藝術(shù)形式中，工程師們可以學(xué)到很多東西，從用紙和水制作的廉價電池到通過加熱激活的小型機(jī)器人。雖然折紙得到了很多人的關(guān)注，但一種被稱為kirigami的變體也有很多好處。一個科學(xué)家團(tuán)隊首次將這一技術(shù)降至納米級，他們說這一突破為從機(jī)器人到航空航天的應(yīng)用提供了新的可能性。

irigami和折紙很像，除了將紙折疊成不同的形狀外，還要在選定的地方仔細(xì)切割，以實現(xiàn)成品。最近，我們看到工程師們從這種藝術(shù)形式中獲得靈感，開發(fā)出了可以旋轉(zhuǎn)追蹤太陽的新型太陽能電池、可以自我推進(jìn)的機(jī)器人蛇以及可以膨脹成瘋狂的形狀的可編程氣球。

這些類型的結(jié)構(gòu)是通過非常精確地放置幾何切割來實現(xiàn)的，這些切割賦予了非常薄的材料薄膜獨(dú)特的屬性集，但到目前為止，只是在宏觀尺度上，或者說人眼能看到的。目前，西北大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)成功地將這一技術(shù)應(yīng)用于納米級的結(jié)構(gòu)測量。作為參考，一根人類頭發(fā)的直徑約為10萬納米。

該團(tuán)隊從超薄薄膜開始，并在整個薄膜上進(jìn)行了精心放置的kirigami切割。這些薄膜中的殘余應(yīng)力就會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的不穩(wěn)定性，進(jìn)而引起切口及其周圍的變化，將2D材料變成工程化的3D結(jié)構(gòu)。這些切割可以改變材料的彎曲和扭曲，并創(chuàng)造出不同尋常的3D形狀，包括對稱和非對稱。

根據(jù)研究人員的說法，這些形狀可以在各種領(lǐng)域找到用途，從微小的機(jī)器人抓手，到光學(xué)應(yīng)用的空間光調(diào)制器，再到控制飛機(jī)機(jī)翼的流動。從這里開始，該團(tuán)隊計劃繼續(xù)探索kirigami工程技術(shù)的潛力，包括加入執(zhí)行器以部署或控制成品的可能性。

“通過結(jié)合納米制造、原位顯微鏡實驗和計算建模，我們揭示了kirigami結(jié)構(gòu)的豐富行為，并確定了其在實際應(yīng)用中的使用條件，”領(lǐng)導(dǎo)這項研究的Horacio Espinosa說。

該研究發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。
責(zé)編AJX